專利名稱：一種應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻流媒體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著近年來(lái)移動(dòng)終端技術(shù)的飛速發(fā)展，在智能手機(jī)上觀看在線視頻成為一種潮流和趨勢(shì)。移動(dòng)終端產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)流量已經(jīng)呈現(xiàn)出指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)，思科視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)指數(shù)(VNI)報(bào)告指出2011到2016這幾年間移動(dòng)終端所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)流量將會(huì)增長(zhǎng)18倍。而這其中最主要的驅(qū)動(dòng)者是在線視頻流的傳輸。移動(dòng)終端主要依靠無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取視頻流數(shù)據(jù)，而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特點(diǎn)就是其帶寬的不穩(wěn)定性。為了保證在線視頻播放的流暢度，傳統(tǒng)而有效的方法是采用緩沖技術(shù)，通過(guò) 在帶寬條件好的時(shí)候緩沖一定的流數(shù)據(jù)，從而避免在帶寬差的時(shí)候出現(xiàn)播放凍結(jié)的情況。然而另一方面，測(cè)量結(jié)果表明，用戶通過(guò)移動(dòng)終端觀看在線視頻時(shí)中途放棄播放的概率比較高。用戶的這個(gè)行為將會(huì)導(dǎo)致處于緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)浪費(fèi)掉，也就是說(shuō)系統(tǒng)下載了這些數(shù)據(jù)，但是不會(huì)被播放。這種浪費(fèi)對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來(lái)說(shuō)是不足為患的，但是在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中最為寶貴的就是帶寬資源，而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)ISP —般采用按使用量計(jì)費(fèi)的模式，所以用戶需要為這些浪費(fèi)的數(shù)據(jù)買單。另外，從大的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來(lái)看，這種普遍存在的浪費(fèi)也將增大網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)載。緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的浪費(fèi)帶來(lái)的另一個(gè)不容忽視的影響是對(duì)移動(dòng)終端電池電量的消耗。電池蓄電量的不足本身就是移動(dòng)終端設(shè)備發(fā)展的一大制約條件，而在線視頻流數(shù)據(jù)下載過(guò)程的電量開銷更增加了移動(dòng)終端電量消耗，甚至成為移動(dòng)終端主要的電量消耗之一。為了保持移動(dòng)終端電池的續(xù)航能力，我們需要盡可能地減少浪費(fèi)的數(shù)據(jù)量。綜上所述，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的視頻流媒體服務(wù)需要緩沖技術(shù)的支持，但是傳統(tǒng)的應(yīng)用于個(gè)人PC上的緩沖策略不適用于移動(dòng)終端觀看在線視頻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在保證播放質(zhì)量的前提下減少播放開銷的應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法。本發(fā)明還提供一種在保證播放質(zhì)量的前提下減少播放開銷的應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明第一個(gè)發(fā)明目的的技術(shù)方案如下
一種應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法，包括如下步驟
將視頻播放周期切割成若干個(gè)時(shí)間段；
在每一個(gè)時(shí)間段里，獲取移動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)中的狀態(tài)信息；
根據(jù)狀態(tài)信息決策出本時(shí)間段的決策下載量；
根據(jù)決策下載量從視頻流服務(wù)器中下載數(shù)據(jù)塊并放入緩沖區(qū)，當(dāng)實(shí)時(shí)下載量等于決策下載量時(shí)停止下載。作為一種優(yōu)選方案，所述狀態(tài)信息包括緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量、下載帶寬、用戶離開概率、電量開銷、計(jì)費(fèi)開銷。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述根據(jù)狀態(tài)信息通過(guò)優(yōu)化策略決策出本時(shí)間段的決策下載量，優(yōu)化策略具體為
根據(jù)狀態(tài)信息在每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)計(jì)算出滿足min(A (Θα)) + V · H(w(t))p(t))的決策下載量，完成本時(shí)間段的決策；
其中 (t)表示隊(duì)列數(shù)組，Λ (Θ (t))表示相鄰兩個(gè)時(shí)間段隊(duì)列數(shù)組的變化量，V是一個(gè)可控參數(shù)，H(w(t))表示浪費(fèi)的開銷，p(t)表示用戶離開概率；O (t) = (B(t),F(t)，G(t))，B(t)表述緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量隊(duì)列，F(xiàn)(t)表示播放凍結(jié)時(shí)間隊(duì)列，G(t)表示播放能耗隊(duì)列。作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述浪費(fèi)的開銷H(w(t))根據(jù)計(jì)費(fèi)開銷和電量開銷的加權(quán)和計(jì)算得到。本發(fā)明第二個(gè)發(fā)明目的的技術(shù)方案如下
一種應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化系統(tǒng)，包括
用于將視頻播放周期切割成若干個(gè)時(shí)間段的周期切割模塊；
用于在每一個(gè)時(shí)間段里獲取移動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)中的狀態(tài)信息的狀態(tài)信息獲取模塊；
用于根據(jù)狀態(tài)信息決策出本時(shí)間段的決策下載量的決策模塊；
用于根據(jù)決策下載量從視頻流服務(wù)器中下載數(shù)據(jù)塊并放入緩沖區(qū)，當(dāng)實(shí)時(shí)下載量等于決策下載量時(shí)停止下載的下載模塊。作為一種優(yōu)選方案，所述狀態(tài)信息獲取模塊獲取的狀態(tài)信息包括緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量、下載帶寬、用戶離開概率、電量開銷、計(jì)費(fèi)開銷。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述決策模塊具體用于
根據(jù)狀態(tài)信息在每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)計(jì)算出滿足min(A (Θ(Ο) + V · H(w(t))p(t))的決策下載量，完成本時(shí)間段的決策；
其中 (t)表示隊(duì)列數(shù)組，Λ (Θ (t))表示相鄰兩個(gè)時(shí)間段隊(duì)列數(shù)組的變化量，V是一個(gè)可控參數(shù)，H(w(t))表示浪費(fèi)的開銷，p(t)表示用戶離開概率；O (t) = (B(t),F(t)，G(t))，B(t)表述緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量隊(duì)列，F(xiàn)(t)表示播放凍結(jié)時(shí)間隊(duì)列，G(t)表示播放能耗隊(duì)列。作為一種優(yōu)選方案，移動(dòng)設(shè)備上設(shè)有智能緩沖管理器，所述周期切割模塊、狀態(tài)信息獲取模塊、決策模塊和下載模塊集成在智能緩沖管理器中，智能緩沖管理器控制緩沖區(qū)的緩存數(shù)據(jù)量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是
(I)本發(fā)明可以智能地決策出每個(gè)時(shí)間段內(nèi)應(yīng)該下載的數(shù)據(jù)量，能夠在保證播放質(zhì)量的前提下大大減少傳統(tǒng)緩沖策略所浪費(fèi)的開銷。(2)由于本發(fā)明的優(yōu)化過(guò)程僅僅是根據(jù)當(dāng)前移動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)做出本時(shí)間段的
決策，數(shù)據(jù)處理量小，效率高。


圖I為本發(fā)明中一種應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法的具體實(shí)施例流程 圖2為本發(fā)明中一種應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化系統(tǒng)的具體實(shí)施例模型圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖I所示，為本發(fā)明中一種應(yīng)用于 移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法具體實(shí)施例的流程圖。具體實(shí)施例中應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法具體步驟如下
(5101)將視頻播放周期切割成若干個(gè)時(shí)間段；
(5102)在每一個(gè)時(shí)間段里，獲取移動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)中的狀態(tài)信息；
(5103)根據(jù)狀態(tài)信息決策出本時(shí)間段的決策下載量；
(5104)根據(jù)決策下載量從視頻流服務(wù)器中下載數(shù)據(jù)塊并放入緩沖區(qū)，當(dāng)實(shí)時(shí)下載量等于決策下載量時(shí)停止下載。在本具體實(shí)施例中，視頻數(shù)據(jù)都被封轉(zhuǎn)成固定大小的塊，移動(dòng)設(shè)備直接通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)從視頻流服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)塊，移動(dòng)設(shè)備維護(hù)一個(gè)緩沖區(qū)來(lái)提高視頻播放的流暢度。在本具體實(shí)施例中，將視頻播放周期切割成一個(gè)個(gè)時(shí)間段，在每個(gè)時(shí)間段里決策下載量，控制緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)塊數(shù)量，從而減少了停止播放時(shí)浪費(fèi)的播放開銷。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述狀態(tài)信息包括緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量、下載帶寬、用戶離開概率、電量開銷、計(jì)費(fèi)開銷。根據(jù)這些狀態(tài)信息通過(guò)優(yōu)化策略決策出本時(shí)間段的決策下載量。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明可以將最小化播放開銷的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)yapunov優(yōu)化問(wèn)題，將狀態(tài)信息作為該優(yōu)化問(wèn)題的已知條件，將播放質(zhì)量和播放能耗G (t)作為約束條件，其中播放質(zhì)量用播放凍結(jié)時(shí)間F(t)來(lái)衡量，并同時(shí)設(shè)置一個(gè)可容忍凍結(jié)時(shí)間的上界來(lái)保證播放質(zhì)量，然后解出最優(yōu)解作為決策結(jié)果。為了使用Lyapunov優(yōu)化框架，本發(fā)明可以將基于平均時(shí)間的約束條件轉(zhuǎn)化為基于隊(duì)列穩(wěn)定性的條件，所以在這個(gè)優(yōu)化問(wèn)題中存在三個(gè)隊(duì)列緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量B(t)以及播放凍結(jié)時(shí)間F(t)和播放能耗G(t)，其中F(t)和G(t)是虛擬隊(duì)列，Θ (t) = (B(t), F(t)，G(t))組成隊(duì)列數(shù)組，L( (t))用于衡量該隊(duì)列數(shù)組的大小，Λ (O (t))表示相鄰兩個(gè)時(shí)間段隊(duì)列數(shù)組的變化量，也即L(0(t+1))-L(0 (t))。具體地，
根據(jù)狀態(tài)信息在每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)計(jì)算出滿足min(A (Θ(0) + V · H(w(t))p(t))的決策下載量n (t),,完成本時(shí)間段的決策；
其中 (t)表示隊(duì)列數(shù)組，Λ (Θ (t))表示相鄰兩個(gè)時(shí)間段隊(duì)列數(shù)組的變化量，用于衡量本時(shí)間段末的隊(duì)列組狀態(tài)和上一時(shí)間段末的隊(duì)列組狀態(tài)之間的差異是一個(gè)可控參數(shù)，P(t)表示用戶離開概率，H(w(t))表示浪費(fèi)的開銷，其根據(jù)計(jì)費(fèi)開銷和電量開銷的加權(quán)和計(jì)算得到；O (t) = (B(t), F(t)，G(t))，B(t)表述緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量隊(duì)列，F(xiàn)(t)表示播放凍結(jié)時(shí)間隊(duì)列，G(t)表示播放能耗隊(duì)列；在上述公式中，n(t)的大小可以影響到Θ (t)，也可以影響到w(t)，其事實(shí)上是公式△ (Θ(0) + V · H(w(t))p(t)的變量，在本發(fā)明中選擇使得Λ (Θ (t)) + V · H(w(t))p(t)取到最小值的n(t)作為決策下載量，求值的方法通過(guò)求導(dǎo)法或窮舉法實(shí)現(xiàn)；F(t)是一個(gè)虛擬隊(duì)列，當(dāng)t時(shí)間段的決策量為n(t)時(shí)，在決策下載量為n(t)的前提下計(jì)算本時(shí)間段的凍結(jié)時(shí)間為f(t)，那么F(t+1)由F(t)和f(t)計(jì)算得至IJ，B(t+l)和G(t+1)的獲取與F(t+1)同理。具體地，f(t)跟決策下載量n(t)、時(shí)間段t開始時(shí)緩沖的數(shù)據(jù)量B(t)的大小、本時(shí)間段的下載速率D (t)有關(guān)系，其一般通過(guò)如下公式計(jì)算獲取
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟 將視頻播放周期切割成若干個(gè)時(shí)間段； 在每一個(gè)時(shí)間段里，獲取移動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)中的狀態(tài)信息； 根據(jù)狀態(tài)信息決策出本時(shí)間段的決策下載量； 根據(jù)決策下載量從視頻流服務(wù)器中下載數(shù)據(jù)塊并放入緩沖區(qū)，當(dāng)實(shí)時(shí)下載量等于決策下載量時(shí)停止下載。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法，其特征在于，所述狀態(tài)信息包括緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量、下載帶寬、用戶離開概率、電量開銷、計(jì)費(fèi)開銷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法，其特征在于，所述根據(jù)狀態(tài)信息通過(guò)優(yōu)化策略決策出本時(shí)間段的決策下載量，所述優(yōu)化策略具體為 根據(jù)狀態(tài)信息在每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)計(jì)算出滿足min(A (Θ(0) + V · H(w(t))p(t))的決策下載量，完成本時(shí)間段的決策； 其中 (t)表示隊(duì)列數(shù)組，Λ (Θ (t))表示相鄰兩個(gè)時(shí)間段隊(duì)列數(shù)組的變化量，V是一個(gè)可控參數(shù)，H(w(t))表示浪費(fèi)的開銷，p(t)表示用戶離開概率；O (t) = (B(t),F(t)，G(t))，B(t)表述緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量隊(duì)列，F(xiàn)(t)表示播放凍結(jié)時(shí)間隊(duì)列，G(t)表示播放能耗隊(duì)列。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法，其特征在于，所述浪費(fèi)的開銷H(w(t))根據(jù)計(jì)費(fèi)開銷和電量開銷的加權(quán)和計(jì)算得到。
5.一種應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括 用于將視頻播放周期切割成若干個(gè)時(shí)間段的周期切割模塊； 用于在每一個(gè)時(shí)間段里獲取移動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)中的狀態(tài)信息的狀態(tài)信息獲取模塊； 用于根據(jù)狀態(tài)信息決策出本時(shí)間段的決策下載量的決策模塊； 用于根據(jù)決策下載量從視頻流服務(wù)器中下載數(shù)據(jù)塊并放入緩沖區(qū)，當(dāng)實(shí)時(shí)下載量等于決策下載量時(shí)停止下載的下載模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述狀態(tài)信息獲取模塊獲取的狀態(tài)信息包括緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量、下載帶寬、用戶離開概率、電量開銷、計(jì)費(fèi)開銷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述決策模塊具體用于 根據(jù)狀態(tài)信息在每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)計(jì)算出滿足min(A (Θ(0) + V · H(w(t))p(t))的決策下載量，完成本時(shí)間段的決策； 其中 (t)表示隊(duì)列數(shù)組，Λ (Θ (t))表示相鄰兩個(gè)時(shí)間段隊(duì)列數(shù)組的變化量，V是一個(gè)可控參數(shù)，H(w(t))表示浪費(fèi)的開銷，p(t)表示用戶離開概率；0(t) = (B(t),F(t)，G(t))，B(t)表述緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量隊(duì)列，F(xiàn)(t)表示播放凍結(jié)時(shí)間隊(duì)列，G(t)表示播放能耗隊(duì)列。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，移動(dòng)設(shè)備上設(shè)有智能緩沖管理器，所述周期切割模塊、狀態(tài)信息獲取模塊、決策模塊和下載模塊集成在智能緩沖管理器中，智能緩沖管理器控制緩沖區(qū)的緩存數(shù)據(jù)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及視頻流媒體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的視頻流緩沖優(yōu)化方法及系統(tǒng)。所述方法包括如下步驟將視頻播放周期切割成若干個(gè)時(shí)間段；在每一個(gè)時(shí)間段里，獲取移動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)中的狀態(tài)信息；根據(jù)狀態(tài)信息決策出本時(shí)間段的決策下載量；根據(jù)決策下載量從視頻流服務(wù)器中下載數(shù)據(jù)塊并放入緩沖區(qū)，當(dāng)實(shí)時(shí)下載量等于決策下載量時(shí)停止下載。本發(fā)明可以智能地決策出每個(gè)時(shí)間段內(nèi)應(yīng)該下載的數(shù)據(jù)量，能夠在保證播放質(zhì)量的前提下大大減少傳統(tǒng)緩沖策略所浪費(fèi)的開銷。
文檔編號(hào)H04N21/438GK102892041SQ20121039579
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者吳迪, 何堅(jiān), 薛政 申請(qǐng)人:中山大學(xué)